[发明专利]一种基于分段预应力多腔组合壳体的混合风电塔筒

说明书

本发明公开了一种基于分段预应力多腔组合壳体的混合风电塔筒，涉及风力发电技术领域。该体系由上部纯钢塔筒和下部组合塔筒组成，纯钢塔筒和组合塔筒之间通过螺栓连接，并在纯钢塔筒底部施加预应力。所述的组合塔筒沿环向由分片的多腔组合壳体采用螺栓连接形成筒体并沿竖向分段组装而成，沿环向的分片数量从下往上逐渐减少，每段组合塔筒底部均通过预应力筋与基础相连。所述的多腔组合壳体由钢板通过冷弯、焊接形成多腔体的箱形截面后在其内部空腔中浇筑混凝土形成，在其边缘设置马牙搓加劲区、预埋螺杆和预应力筋锚固板等。该体系充分发挥了组合结构承载力高、稳定性好的受力特性，可实现分段施加预应力，施工周期短、材料用量省，具有广阔的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域。

背景技术

目前，我国能源发展正处于深刻变革和重大调整的关键时期。为应对气候变化，我国承诺到2020年碳排放强度比2005年下降40％至45％，非化石能源占比达到15％，到2030年非化石能源占比达到20％。为实现这一战略目标，需要大力发展清洁可再生能源。风电能源是一种无污染、可再生的新能源，相比传统石油、煤炭等不可再生资源优势明显。我国风能发展潜力巨大，发展风电新能源，是推动我国发电技术进步和产业升级、促进我国能源结构调整的重要措施，建设资源节约型、环境友好型社会的重大战略选择。

我国“三北”高风速地区的电力系统调峰能力严重不足，电网消纳能力有限，导致“弃风限电”问题突出，而我国中东部及南部低风速区接近经济发达地区，可以实现风电的就地消纳。为了获取更大的风速提高发电量、加强低风速区风电资源的开发，风电机组塔筒结构的高度需大幅提高，而传统的钢塔筒由于抗侧刚度较小、稳定性较差和承载力较低等原因受到限制。因此，近年来混合风电塔筒得到了一定的应用，传统的混合塔筒由上部纯钢塔筒和下部预制混凝土塔筒组成，但是在实际的应用过程中下部混凝土塔筒在复杂应力作用下易开裂，预制混凝土塔筒在接缝处需要现场灌浆，导致工序复杂，施工周期较长。

为了进一步推进低风速区风能资源的开发，对传统的塔筒结构进行改进，提出一种新型混合风电塔筒具有重要意义。组合结构能够充分发挥钢材和混凝土的材料特性，具有稳定性好、刚度大、承载力高、抗疲劳性能好等优越的力学性能。基于组合结构的力学机理，本发明提出一种基于分段预应力多腔组合壳体的混合风电塔筒，能够解决传统混凝土塔筒的弊端，具有优越的力学性能、连接可靠、施工方便等诸多优势，具有广阔的工程应用前景。

发明内容

本发明提出一种基于分段预应力多腔组合壳体的混合风电塔筒：该体系由上部纯钢塔筒和下部组合塔筒组成。组合塔筒沿环向由分片的多腔组合壳体拼装形成筒体并沿竖向分段组装，每段组合塔筒沿环向的多腔组合壳体分片数量从下往上逐渐减少。由钢板通过冷弯、焊接等工艺形成多腔体的箱形截面，亦可通过多段平钢板焊接形成箱型截面，然后在其内部空腔中浇筑混凝土形成多腔组合壳体，通过箱型截面的内部钢板将混凝土分隔成多个区域，增加了钢板对混凝土的约束作用，使其组合效应能够得到充分的发挥，同时内部钢板可以起到加劲肋的作用，防止内外侧钢板屈曲。多腔组合壳体在边缘设置加劲区和预埋螺杆，左右两侧加劲区呈马牙搓形式布置使塔筒的连接更为可靠。竖向每段组合塔筒底部均通过预应力筋与基础相连，可以使得预应力从下往上逐段减小。

该体系充分发挥了组合结构承载力高、稳定性好的受力特性，可实现分段施加预应力、分片数量从下往上逐段减少、竖向拼接缝不连续，连接安全可靠，所有构件均可在工厂预制、现场装配，施工周期短，材料用量省，具有广阔的工程应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种基于分段预应力多腔组合壳体的混合风电塔筒，该体系包括纯钢塔筒、组合塔筒、多腔组合壳体、预应力筋、锚具、外侧钢板、内侧钢板、混凝土、内部钢板、端板、连接板、加劲板、预应力筋锚固板、预埋螺杆、螺栓、环向加劲板、基础、法兰板。